PENGARUH VARIASI KECEPATAN UDARA TERHADAP
UNJUK KERJA
FLUIDIZED BED GASIFIER
DENGAN
DISTRIBUTOR UDARA JENIS PLAT
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Oleh :
TEGUH PRASETYO YUONO D200110021
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
HALAMAN PERSETUJUAN
PENGARUH VARIASI KECEPATAN UDARA TERHADAP
UNJUK KERJA
FLUIDIZED BED GASIFIER
DENGAN
DISTRIBUTOR UDARA JENIS PLAT
PUBLIKASI ILMIAH
oleh:
TEGUH PRASETYO YUONO D200110021
Telah diperiksa dan disetujui untuk di uji oleh:
Dosen Pembimbing
Nur Aklis, ST., M.Eng.
HALAMAN PENGESAHAN
PENGARUH VARIASI KECEPATAN UDARA TERHADAP
UNJUK KERJA
FLUIDIZED BED GASIFIER
DENGAN
DISTRIBUTOR UDARA JENIS PLAT
OLEH
TEGUH PRASETYO YUONO D200110021
Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Pada hari Jum’at, 20 Januari 2017
dan dinyatakan telah memenuhi syarat
Dewan Penguji :
1. Nur Aklis, ST., M.Eng. (………) (Ketua Dewan Penguji)
2. Ir. H. Subroto, MT. (………) (Anggota I Dewan Penguji)
3. Ir. Sunardi Wiyono, MT (………) (Anggota II Dewan Penguji)
Dekan
Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D.
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam publikasi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan disuatu perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Apabila kelak terbukti ada ketidakbenaran dalam pernyataan saya di atas, maka akan saya pertanggungjawabkan sepenuhnya.
.
Surakarta, Januari 2017
Penulis
TEGUH PRASETYO YUONO
D200110021
PENGARUH VARIASI KECEPATAN UDARA TERHADAP UNJUK KERJA FLUIDIZED BED GASIFIER DENGAN
DISTRIBUTOR UDARA JENIS PLAT Abstrak
Pembakaran bahan bakar gas lebih menguntungkan dari bahan bakar padat karena menghasilkan pembakaran yang lebih bersih, syngas dapat dibuat dengan cara gasifikasi dengan bahan bakar sekam padi. Salah satu teknologi gasifikasi yang digunakan adalah dengan fluidized bed gasifier. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh kecepatan udara terhadap unjuk kerja fluidized bed gasifier yang meliputi temperatur reaktor, waktu nyala efektif, dan kalor yang dihasilkan. Penelitian diawali dengan pembuatan tungku fluidized bed gasifier sekam padi, kemudian melakukan pengujian pembakaran dengan mengatur kecepatan udara V= 1,5 m/s, kecepatan udara, V= 2 m/s, dan kecepatan udara V= 2,5 m/s. Hasil penelitian menunjukkan kecepatan udara mempengaruhi unjuk kerja tungku fluidized bed gasifier, semakin besar kecepatan udara maka temperatur reaktor, waktu nyala efektif dan kalor yang dihasilkan semakin tinggi atau besar pula. Pada kecepatan udara V= 1,5 m/s didapatkan temperatur tertinggi di dan untuk V= 2,5 m/s sebesar 1466,9788 KJ.
Kata kunci : Fluidized bed gasifier, kecepatan udara, temperatur reaktor, waktu nyala efektif, kalor.
Abstract
Combustion of gas fuel is more profitable than solid fuels because it produces cleaner burning, syngas can be produced by gasification of rice husk fuel. One of gasification technology used is a fluidized bed gasifier. This study aimed to determine the effect of air velocity on the performance of fluidized bed gasifier which includes the reactor temperatur e, effective burning time, and the heat produced. Research begins with making furnace fluidized bed gasifier husks, then test the combustion by regulating the air speed V= 1,5 m/s, air speed V= 2 m/s, and air speed 2,5 m/s. Results indicated airspeed affects the performance of the furnace fluidized bed gasifier, the greater the air velocity, the temperature of the reactor, effective burning time, and the higher the heat produced or greater . The air velocity V= 1,5 m/s obtained the highest temperature in the
reactor 385,6˚C at minute 56 , at V=2 m/s obtained the highest temperature combustion in the reactor 439˚C at minute 50, and at V=2,5 m/s obtained the highest temperature combustion in the
reactor 485˚C at minute 42. For air velocity V=1,5 m/s obtained effective burning time for 60 minutes, V= 2 m/s obtained effective burning time for 54 minutes and V= 2,5 m/s obtained effective burning time for 48 minutes. Heat generated from the speed V= 1,5 m/s is equal 1028,1391 KJ,
V= 2m/s is equal 1222,8896 KJ and for V= 2,5 m/s is equal 1466,9788 KJ.
Keywords : Fluidized bed gasifier, air velocity, temperature reactor, effective burning time, heat.
1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Sekarang ini pemanfaatan minyak bumi dan bahan bakar fosil banyak
digunakan sebagai sumber utama energi di dunia tak terkecuali Indonesia.
Selain terbentuk dari jutaan tahun yang lalu dan memerlukan proses yang lama,
energi ini menjadi sesuatu yang mahal dalam hal cadangan dan ketersediaannya
di alam. Penggunaan energi saat ini menjadi suatu kebutuhan yang sangat
penting bagi kelangsungan hidup manusia, seiring dalam penggunaannya
minyak bumi dan bahan bakar fosil akan berkurang dan habis dalam jangka
waktu tertentu karena merupakan sumber energi yang tidak dapat diperbaharui.
Untuk itu perlu digunakan sumber energi terbarukan yang lebih
memadai jumlahnya. Sumber energi terbarukan merupakan bahan yang dapat
menghasilkan energi, bahan tersebut dapat diperbarui secara terus menerus
sehingga keberadaannya di alam ini tidak akan habis. Misalnya sumber energi
yang berasal dari tanaman dan hewan (biomassa), panas matahari / surya, air,
angin, panas bumi dan gelombang laut. Biomassa merupakan bahan organik
yang didapatkan melalui proses fotosintetik pada tumbuhan baik berupa produk
maupun buangan. Meliputi tanaman, pepohonan, rumput , limbah pertanian dan
kotoran ternak. Di Indonesia yang hampir sebagian besar wilayahnya
merupakan sektor pertanian mempunyai potensi akan biomassa yang sangat
besar diantaranya sekam padi yang jumlahnya sangat melimpah yang hingga
saat ini pemanfaatannya belum tertangani secara maksimal. Jenis biomassa
tersebut menggunakan cara yang berbeda untuk mengkonversikan energi yang
terkandung di dalamnya, untuk itu diperlukan teknologi untuk mengolah bahan
limbah pertanian tersebut yang berpotensi menjadi bahan bakar alternatif yang
baru dan berkelanjutan bagi Indonesia.
Salah satu teknologi yang digunakan untuk mengkonversi biomassa
adalah gasifikasi. Gasifikasi adalah proses konversi bahan bakar yang
mengandung karbon (baik padat maupun cair) menjadi gas yang memiliki nilai
bakar dengan cara oksidasi parsial pada temperatur tinggi. Salah satu jenis
reaktor gasifikasi yang dikembangkan adalah reaktor fluidized bed, dimana
proses reaksi kimia berlangsung di reaktor fluidisasi. Reaksi heterogen antara
gas dan padatan dalam reaktor gasifikasi disebut fluidisasi. Teknologi fluidisasi
banyak diaplikasikan di teknologi reaktor gasifikasi,. Fluidisasi adalah proses
dimana benda padat halus (partikel) diubah menjadi fase yang berkelakuan
seperti fluida cair (Kunii dan Levenspiel 1969). Metode gasifikasi
menggunakan fluidized bed dinilai lebih menguntungkan serta gas hasil
pembakaran lebih bersih dibandingkan dengan pembakaran secara langsung.
Menurut Zenz dan Othmer (1960) secara prinsip ada 4 aspek keunggulan yang
dimiliki oleh fluidized bed jika dibanding dengan teknologi kontak yang
lainnya yaitu: (1) aspek kemampuan mengontrol temperatur, (2) kemampuan
beroperasi secara kontinu, (3) keunggulan dalam persoalan perpindahan kalor
dan (4) keunggulan dalam proses katalisasi. (Aklis,2013).
Salah satu faktor yang berpengaruh pada kinerja fluidized bed gasifier
adalah kecepatan udara. Kecepatan udara disamping akan mempengaruhi
karakteristik hidrodinamika fluidized bed, juga akan berpengaruh terhadap gas
yang dihasilkan.
1.2 Tujuan penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh laju atau
kecepatan udara terhadap unjuk kerja fluidized bed gasifier yang meliputi :
a. Mengetahui temperatur reaktor.
b. Mengetahui jumlah kalor yang dihasilkan.
c. Mengetahui waktu nyala efektif.
1.3 Batasan masalah
Batasan masalah dalam pengujian pengembangan fluidized bed
gasifier dengan variasi laju atau kecepatan udara yaitu :
a. Reaktor fluidized bed gasifier yang digunakan memiliki tinggi 1230 mm dengan diameter 160 mm.
b. Bahan bakar yang digunakan adalah sekam padi dari Sukoharjo. c. Pasir yang digunakan adalah pasir silika dari Ceper.
d. Massa bahan bakar yang digunakan 2 kg.
e. Variasi kecepatan udara yang digunakan 1,5 m/s, 2 m/s, 2,5 m/s f. Pengukuran temperatur reaktor hanya dilakukan di 2 titik. g. Kapur atau gamping berasal dari makam haji Sukoharjo.
h. Pemanasan awal pembakaran menggunakan LPG 3 kg
i. Proses gasifikasi yang digunakan pada reaktor fluidized bed gasifier tidak kontinu.
j. Gas produk hasil penelitian ini dites dengan cara dibakar, digunakan untuk memanaskan air sebanyak 1 liter.
2. METODOLOGI PENELITIAN
Tahapan ini berisi prosedur dan pelaksanaan penelitian.
Tidak
Ya
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian
4
Pengolahan data dan menarik kesimpulan Pengambilan data
selesai Uji Kecepatan
Udara 1,5 m/s
Uji Kecepatan Udara 2,5 m/s Uji Kecepatan
Udara 2 m/s Penentuan Kecepatan
Minimum Fluidisasi Didapat1,2 m/s Persiapan alat dan bahan
Nyala Api Pembuatan alat
Desain alat Studi literatur, survei alat dan bahan
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Data kecepatan minimum fluidisasi
Gambar 2. Grafik kecepatan minimum fluidisasi
Gambar 2. Menunjukkan grafik karakteristik kecepatan
minimum fluidisasi partikel (50% pasir silica dan 50% kapur) pada
distributor lubang udara tipe plat. Dari gambar diketahui bahwa tekanan
maksimum bed terjadi pada saat kecepatan udara masuk ke bed sebesar
1,2 m/s, dan pada saat penambahan kecepatan udara akan menyebabkan
tekanan bed cenderung konstan saat kecepatan udara masuk ke bed
sebesar 1,4 m/s. Dengan cara menarik garis horizontal ke kiri pada titik
yang menunjukkan kecepatan bed konstan dan menarik garis vertical dari
kecepatan udara masuk ke bed sebesar 1,2 m/s. Dari garis perpotongan
inilah yang menunjukkan kecepatan minimum fluidisasi sebesar 1,2 m/s.
3.2. Perbandingan temperatur pada reaktor dengan kecepatan udara 1,5 m/s, 2 m/s dan 2,5 m/s.
Gambar 3. Menunjukkan grafik gabungan temperatur reaktor
yang dihasilkan dari proses pembakaran tiga variasi kecepatan dengan
kecepatan udara 1,5 m/s, grafik di atas menunjukkan temperatur awal
reaktor sebesar 31,9°C dan menunjukkan temperatur tertinggi pada
385,6°C pada menit ke 56. Pada percobaan kecepatan udara 2 m/s
temperatur awal reaktor 32,9 °C dan menunujukkan suhu tertinggi pada
439° C pada menit ke 50 . Sedangkan temperatur awal reaktor dengan
kecepatan udara 2,5 m/s menunjukkan suhu awal 32,3°C dan mencapai
temperatur tertinggi 485°C pada menit ke 42. Pemanasan awal pada bed
yang berupa pasir silika + kapur bertujuan untuk meratakan panas pasir
sebelum proses pembakaran bahan bakar di dalam reaktor berlangsung.
Gambar 3. Grafik hubungan antara waktu dengan temperatur reaktor
pada kecepatan udara 1,5 m/s, 2 m/s dan 2,5 m/s
3.3. Perbandingan temperatur panas api terhadap waktu dengan kecepatan udara 1,5 m/s, 2 m/ dan 2,5 m/s.
Pada gambar 4 menunjukkan grafik gabungan perbandingan
temperatur panas api dari variasi ketiga kecepatan udara, dapat dijelaskan
bahwa besarnya kecepatan udara berpengaruh terhadap temperatur panas
dengan waktu nyala efektif selama 54 menit dan kecepatan udara 1,5 m/s
pada percobaan pembakaran memiliki temperatur tertinggi 348,5°C pada
menit ke 46 dengan waktu nyala efektif selama 60 menit.
Dari hasil tersebut dapat diketahui bahwa perbedaan temperatur
panas api ini disebabkan oleh perbedaan laju kecepatan udara yang
mempengaruhi kecepatan udara masuk reaktor dan juga berpengaruh
terhadap kandungan gas yang dihasilkan. Semakin besar kecepatan udara
maka semakin rata pembakaran di dalam reaktor sehingga
memaksimalkan syngas yang dihasilkan.
Gambar 4. Grafik hubungan antara temperatur panas api dengan waktu pada kecepatan udara 1,5 m/s, 2 m/s dan 2,5 m/s.
3.4. Hubungan temperatur air terhadap waktu pada variasi kecepatan udara 1,5 m/s, 2 m/s dan 2,5 m/s.
Gambar 5 menunjukkan grafik hubungan variasi kecepatan
udara terhadap waktu pendidihan air untuk gasifikasi menggunakan
fluidized bed dengan bahan bakar sekam padi dengan kecepatan udara 1,5
m/s dapat mendidihkan air sebanyak 1 liter dalam waktu 26 menit. Pada
kecepatan udara 2 m/s dapat mendidihkan air sebanyak 1 liter dalam
waktu 18 menit. Sedangkan untuk kecepatan udara 2,5 m/s dapat
Urutan waktu pendidihan air tercepat pada percobaan ini adalah
dengan kecepatan udara 2,5 m/s yaitu selama 10 menit, sedangkan untuk
terlama adalah kecepatan udara 1,5 m/s yaitu selama 26 menit. Hal ini
dikarenakan tidak stabil dan meratanya proses pembakaran sekam padi
dengan kecepatan udara 1,5 m/s di dalam reaktor karena jumlah udara
yang masuk tidak bisa ke semua sisi atau tidak merata sehingga
pembentukan syngas menjadi tidak stabil.
Gambar 5. Grafik hubungan antara temperatur air dengan waktu pada
kecepatan udara 1,5 m/s, 2 m/s dan 2,5 m/s
3.5. Hubungan kecepatan udara dengan jumlah kalor yang dihasilkan
Gambar 6. Diagram hubungan kecepatan dengan kalor yang dihasilkan.
Gambar 6 menunjukkan hubungan kecepatan dengan jumlah
kalor yang dihasilkan pada reaktor fluidized bed gasifier yaitu pada
kecepatan 1.5 m/s kecepatan 2 m/s kecepatan 2.5 m/s
kecepatan udara 1,5 m/s, kecepatan udara 2 m/s, dan kecepatan udara 2,5
m/s. Dari gambar diketahui bahwa kalor terpakai setiap percobaan
berbeda, pada percobaan menggunakan kecepatan udara 1,5 m/s kalor
yang dihasilkan sebesar 1028,1391 Kj. Sedangkan percobaan dengan
menggunakan kecepatan udara 2 m/s didapatkan jumlah kalor yang
dihasilkan sebesar 1222,8896 Kj dan percobaan dengan menggunakan
kecepatan udara 2,5 m/s dengan 2 kg sekam padi didapatkan jumlah
kalor yang dihasilkan sebesar 1466,9788 Kj. Sehingga didapatkan nilai
kalor terpakai terbesar adalah pada percobaan dengan menggunakan
kecepatan udara 2,5 m/s didapatkan nilai sebesar 1466,9788 Kj.
4. Kesimpulan
Berdasarkan analisa dan pembahasan, hasil pengujian pengaruh
kecepatan udara terhadap unjuk kerja fluidized bed gasifier dari pembakaran
sekam padi dengan variasi kecepatan udara 1,5 m/s, 2 m/s dan 2,5 m/s dapat di
simpukan sebagai berikut :
1. Semakin besar kecepatan udara yang digunakan maka semakin tinggi
temperatur rata-rata pada reaktor yaitu sebesar 485 ˚C pada pengujian
dengan menggunakan variasi kecepatan udara 2,5 m/s.
2. Semakin besar kecepatan udara yang digunakan maka semakin cepat
waktu nyala efektif yaitu selama 48 menit pada kecepatan 2,5 m/s.
3. Semakin besar kecepatan udara yang digunakan maka semakin besar
jumlah kalor yang dihasilkan yaitu sebesar 1466,9788 Kj pada pengujian
menggunakan kecepatan udara 2,5 m/s.
DAFTAR PUSTAKA
Aklis, N., 2013. “Studi Eksperimental Pengaruh Jumlah Lubang Distributor
Udara Terhadap Karakteristik Gelembung Pada Bubbling Fluidized Bed
Dengan Variasi Partikel Bed”, Tesis S-2 Teknik Mesin, Universitas
Gadjah Mada, Yogyakarta.
Aklis, Nur., Riyadi, M.A., Rosyadi G., Cahyanto, W.T., 2016. “Pengaruh Ukuran
Partikel Bed Terhadap Syngas Yang Dihasilkan Bubbling Fluidized Bed
Gasifier”,University ResearchColoquium 2016.
Basu, P., 2006, Combustion and Gasification in Fluidized Bed, By Taylor &
Francis Group, LLC.
Borman, G.L., and Ragland, K.W., 1998, Combustion Engineering, Mc Graw
Hill, Singapura.
Handoyo, 2013. “Pengaruh Variasi Kecepatan Udara Terhadap Temperatur
Pembakaran Pada Tungku Gasifikasi Sekam Padi”, Tugas Akhir S-1,
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta.
Kunii. D., and Levenspiel, O., 1969, Fluidization Engineering, John Wiley and
Sons, Inc, New York.
Nurman, Alwin., 2011. “Studi Karakteristik Pembakaran Biomassa Tempurung
Kelapa pada Fluidized Bed Combustor Dengan Partikel Bed Berukuran
Mesh 40-50”, Tugas Akhir S-1, Teknik Mesin Universitas Indonesia.
Rahmat, Riza., 2011. “Studi Variasi Suplai Udara Blower Untuk Pencapaian
Pembakaran Mandiri Pada Eksperimen Uji Bahan Bakar Fluidized Bed
Combustor”, Tugas Akhir S-1, Teknik Mesin Universitas Depok.
Riyadi, M.A., 2015. “Studi Eksperimen Gasifikasi Menggunakan Fluidized Bed
Gasifier Berbahan Bakar Sekam Padi, Serbuk Gergaji Kayu Jati dan Serbuk Gergaji Kayu Sengon Penghasil Syngas”, Tugas Akhir S-1, Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta.
S., Ganet Rosyadi, 2015. “Pengaruh Kecepatan Udara Terhadap Kerja Reaktor
Bubble Fluidized Bed Gasifier”, Tugas Akhir S-1, Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta.
Subroto, and Prastiyo Dwi. “Unjuk Kerja Tungku Gasifikasi dengan Bahan Bakar
Sekam Padi Melalui Pengaturan Kecepatan Udara Pembakaran”,
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta, MEDIA MESIN,
Vol. 14, No. 2, Juli 2013, 51 - 58 ISSN 1411-4348
Zenz, F.A., and Othmer F.D., 1960. Fluidization and Fluid Particle Systems,
Reinhold Publishing Corporation, New York.
